鎳及鎳合金(jin)具有良好的強度、塑性及可貴的耐熱性和耐蝕性，在石油化工、核能裝置上應用較多。采用不銹鋼（或碳鋼）與鎳及鎳合金的焊接構件，關鍵部位用鎳及鎳合金，而其他部位用普通結構鋼或不銹鋼，可以大量節省昂貴的鎳。不銹鋼（或碳鋼）與鎳及鎳合金焊接時，焊縫中主要化學成分是鐵和鎳，它們能夠互溶，不形成金屬間化合物，有利于焊接。
一、焊接(jie)性
不銹鋼（或碳鋼）與鎳及(ji)鎳合金焊接的主(zhu)在問題是氣(qi)孔和熱裂紋。
1. 氣孔
焊縫中(zhong)(zhong)產生(sheng)氣孔的(de)原因：焊接時液(ye)態金(jin)(jin)屬中(zhong)(zhong)溶解較多的(de)氧，氧在高溫時將鎳(nie)氧化(hua)形成(cheng)NiO。NiO能與(yu)液(ye)體金(jin)(jin)屬中(zhong)(zhong)氫和碳發(fa)生(sheng)下(xia)列(lie)反應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由于鎳-鐵(tie)合金(jin)的(de)凝(ning)固時(shi)(shi)來不及溢出(chu)，殘(can)留在焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氣體就形(xing)成氣孔(kong)。在純鎳與(yu)碳鋼(gang)埋(mai)弧焊(han)(han)(han)時(shi)(shi)，鐵(tie)鎳焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氣體含量(liang)對氣孔(kong)傾向的(de)影響見表5-86。從表中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)可(ke)知：氮和(he)氫變化不大(da)的(de)情況下，焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氧含量(liang)越多，焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氣孔(kong)數量(liang)越多。在埋(mai)弧焊(han)(han)(han)時(shi)(shi)，與(yu)焊(han)(han)(han)劑(ji)種類(lei)也有關系，如圖(tu)5-37a所示。從圖(tu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)可(ke)以(yi)看出(chu)，焊(han)(han)(han)縫(feng)金(jin)屬中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)鎳含量(liang)相同時(shi)(shi)，無氧焊(han)(han)(han)劑(ji)的(de)抗氣孔(kong)性(xing)能(neng)優于低(di)硅(gui)焊(han)(han)(han)劑(ji)；當焊(han)(han)(han)縫(feng)金(jin)屬中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)w（Ni）為30％～60％時(shi)(shi)，用低(di)硅(gui)焊(han)(han)(han)劑(ji)焊(han)(han)(han)成的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)所形(xing)成的(de)氣孔(kong)的(de)體積(ji)為用無氧焊(han)(han)(han)劑(ji)的(de)5～6倍。
此外，焊(han)縫金屬中的(de)鎳(nie)鐵(tie)比和其(qi)他合金元素對焊(han)縫形成氣孔(kong)的(de)傾向也有影響。氧在液(ye)態(tai)(tai)鎳(nie)中的(de)溶(rong)解(jie)度(du)大于在液(ye)態(tai)(tai)鐵(tie)中的(de)溶(rong)解(jie)度(du)，而氧在固(gu)態(tai)(tai)鎳(nie)中的(de)溶(rong)解(jie)度(du)卻(que)比固(gu)態(tai)(tai)鐵(tie)中小。因(yin)此，氧的(de)溶(rong)解(jie)度(du)在鎳(nie)結晶時(shi)的(de)突變比在鐵(tie)結晶時(shi)突變更為顯著。從圖5-37a中可以看出，當焊(han)縫中鎳量(liang)(liang)(liang)較少時(shi)［w（Ni）為15％～30％］，氣(qi)孔傾(qing)(qing)向較小(xiao)；鎳含(han)量(liang)(liang)(liang)大時(shi)，氣(qi)孔的(de)傾(qing)(qing)向較大。然而，隨著(zhu)焊(han)縫中的(de)w（Ni）提高(gao)到60％～90％時(shi)，氣(qi)孔形成傾(qing)(qing)向有所降(jiang)低，這是(shi)由于焊(han)縫金屬中熔入不(bu)銹鋼量(liang)(liang)(liang)減(jian)少，碳含(han)量(liang)(liang)(liang)也相應(ying)減(jian)少，所以形成一氧化碳的(de)氣(qi)孔傾(qing)(qing)向就(jiu)降(jiang)低了。
在鋼與鎳及鎳合金焊接時，焊縫中若含有錳、鉻、鉬、鋁、鈦等合金元素或復合合金，能提高焊縫金屬抗氣孔的能力。這是由于錳、鈦和鋁等具有脫氧作用，而鉻和錳能提高氣體在固態金屬中的溶解度，鋁和鈦還能把氮固定在穩定的化合物中，所以均能提高焊縫金屬的抗孔能力。這樣，06Cr18Ni11Ti不銹鋼與鎳及鎳合金焊接的焊縫金屬，其抗氣孔能力要比碳鋼與鎳及鎳合金焊接的焊縫金屬高得多。
2. 熱裂(lie)紋(wen)
熱(re)裂紋是熔(rong)池結晶過(guo)程中形成低(di)熔(rong)點(dian)共晶體引起的。
高鎳(nie)焊(han)縫具(ju)有樹(shu)枝狀組織(zhi)，在粗大(da)(da)晶(jing)粒的(de)邊界上，集中了一些(xie)低熔點共晶(jing)體（Ni-S，Ni-P和Ni-NiO的(de)共晶(jing)體），削弱了晶(jing)粒間的(de)聯系，降(jiang)低了焊(han)縫金(jin)屬的(de)抗(kang)裂性(xing)能。此外，單相奧氏體焊(han)縫中，當(dang)鎳(nie)含量(liang)增加時，晶(jing)粒顯(xian)著(zhu)長大(da)(da)，也促進(jin)裂紋的(de)產生。從圖5-37b中還可以看(kan)到(dao)采用無(wu)氧(yang)(yang)焊(han)劑時，由于焊(han)縫中氧(yang)(yang)、硫(liu)和磷等有害雜質(zhi)的(de)減少(shao)，特別是氧(yang)(yang)含量(liang)的(de)急劇降(jiang)低，裂紋傾向減少(shao)。可以認(ren)為(wei)，無(wu)論從抗(kang)氣孔性(xing)能方面，還上從抗(kang)裂性(xing)能方面看(kan)，優質(zhi)的(de)焊(han)接材料和良(liang)好的(de)保護及脫氧(yang)(yang)是十分重要的(de)。
在(zai)焊縫(feng)中(zhong)(zhong)，含(han)有錳(meng)、鉻(ge)、鋁(lv)、鈦(tai)(tai)、鈮等合(he)金(jin)元素均能提高焊縫(feng)金(jin)屬的抗(kang)裂性能。其(qi)中(zhong)(zhong)錳(meng)、鉻(ge)、鋁(lv)、鈦(tai)(tai)和(he)鈮均為變質(zhi)劑(ji)，能細化(hua)焊縫(feng)組織，并打亂其(qi)結晶的方向(xiang)性；鋁(lv)和(he)鈦(tai)(tai)還是強烈的脫氧劑(ji)，能降低(di)焊縫(feng)金(jin)屬中(zhong)(zhong)氧的含(han)量；錳(meng)還具有一定(ding)脫硫作(zuo)用(yong)，能與(yu)硫形成難熔的MnS，從而減少硫的有害作(zuo)用(yong)。由此分(fen)析，不銹鋼(gang)與(yu)鎳(nie)及鎳(nie)合(he)金(jin)焊接(jie)時，其(qi)抗(kang)裂性能優(you)于碳鋼(gang)與(yu)鎳(nie)及鎳(nie)合(he)金(jin)的焊接(jie)。
二、焊接(jie)方法
不銹鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳及(ji)鎳合金熔焊(han)(han)(han)的方法有焊(han)(han)(han)條電弧焊(han)(han)(han)、埋弧焊(han)(han)(han)、氣(qi)體保護焊(han)(han)(han)、等離子弧焊(han)(han)(han)和脈沖激光(guang)焊(han)(han)(han)等。
1. 焊條電弧焊
a. 為了保證(zheng)焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)質量(liang)，選(xuan)用焊(han)(han)接(jie)(jie)材料要(yao)使焊(han)(han)縫金屬(shu)中(zhong)w（Ni）(Ni)>40%，并使w（Mn）為1.8％～2.0％和(he)w（Mo）為3.4％～4.0％，此時焊(han)(han)縫具有(you)(you)較高的(de)抗(kang)氣孔(kong)和(he)抗(kang)熱裂紋的(de)性能(neng)(neng)，焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭也具有(you)(you)優良的(de)力(li)學性能(neng)(neng)。同時，還必須嚴(yan)格限制焊(han)(han)接(jie)(jie)材料中(zhong)硫和(he)磷的(de)含量(liang)。
b. 焊接(jie)坡口的角度應為60°～80°。
c. 焊前(qian)要將兩種金(jin)屬待焊處仔細清理，去除油污和雜質(zhi)，露出金(jin)屬光(guang)澤(ze)，不能(neng)有水(shui)跡。
d. 焊接時(shi)電(dian)弧(hu)應稍偏不(bu)銹鋼一側，選用小的(de)熱輸入(ru)，有利(li)于細化晶粒，防止裂紋的(de)形成。
2. 埋弧(hu)焊
不銹鋼06Cr18Ni11Ti與(yu)純鎳(nie)焊(han)接時，焊(han)縫不會出現馬氏(shi)體組織，所以焊(han)接接頭(tou)的力學性(xing)能比較(jiao)好。例如，用熱輸入比較(jiao)大(da)的埋弧焊(han)焊(han)接不銹鋼06Cr18Ni11Ti與(yu)純鎳(nie)時，焊(han)接接頭(tou)抗(kang)拉強度可達500～600MPa，沖擊(ji)韌度為240～300J／c㎡，冷(leng)彎角達180°不裂。
3. 氣體(ti)保護焊
a. 管狀焊絲焊接
不銹鋼(gang)(gang)06Cr18Ni11Ti與(yu)鎳基熱強(qiang)(qiang)合金(jin)Cr20Ni80焊(han)(han)接時(shi)，選用(yong)不同(tong)的(de)(de)管狀(zhuang)焊(han)(han)絲成分（管材為Cr20Ni80），對焊(han)(han)縫(feng)金(jin)屬熱裂(lie)傾向的(de)(de)影響如(ru)圖(tu)5-38所示。試驗結果表(biao)明(ming)：提高抗(kang)裂(lie)性(xing)能(neng)最有效(xiao)的(de)(de)方法是用(yong)鉬對焊(han)(han)縫(feng)金(jin)屬合金(jin)化，當焊(han)(han)縫(feng)中w（Mo）達到(dao)6.5％時(shi)，幾乎完全可(ke)以消(xiao)除熱裂(lie)紋。考(kao)慮(lv)到(dao)母材金(jin)屬稀釋的(de)(de)影響，管狀(zhuang)焊(han)(han)絲中w（Mo）為30％左右。用(yong)氬弧(hu)焊(han)(han)焊(han)(han)接不銹鋼(gang)(gang)06Cr18Nil1Ti與(yu)鎳基熱強(qiang)(qiang)合金(jin)Cr20Ni80時(shi)，通常采用(yong)下列3種(zhong)管狀(zhuang)焊(han)(han)絲都能(neng)獲得優(you)質的(de)(de)焊(han)(han)接接頭，其管狀(zhuang)焊(han)(han)絲的(de)(de)化學成分的(de)(de)質量分數（％）為：①. Cr 10～12，Ni 58～60和(he)(he)(he)Mo 30；②. Cr 10～12，Ni 63～65和(he)(he)(he)Mo 25；③. Cr 12～15，Ni 65～68和(he)(he)(he)Mo 20。
b. 實芯(xin)焊(han)絲焊(han)接
對不銹鋼與鎳基合(he)金(jin)進(jin)行氣(qi)(qi)體(ti)保護(hu)(hu)焊(han)時，氣(qi)(qi)體(ti)保護(hu)(hu)可(ke)選(xuan)用(yong)Ar、He或Ar+He混(hun)合(he)氣(qi)(qi)，為了消除焊(han)縫(feng)金(jin)屬中氣(qi)(qi)孔(kong)，可(ke)以用(yong)體(ti)積(ji)(ji)分(fen)數(shu)為95％Ar＋5％Ar+5% He混(hun)合(he)氣(qi)(qi)體(ti)。要求(qiu)Ar和(he)He氣(qi)(qi)體(ti)純度不小于99.5％（體(ti)積(ji)(ji)分(fen)數(shu)）。
不銹(xiu)鋼與鎳(nie)基合金(jin)用手工鎢極氣(qi)體保(bao)護焊(han)時，所選用焊(han)絲牌號見表(biao)(biao)5-87。不銹(xiu)鋼與鎳(nie)手工鎢極氬(ya)(ya)弧焊(han)和自動鎢極氬(ya)(ya)弧焊(han)的(de)焊(han)接參數見表(biao)(biao)5-88和表(biao)(biao)5-89。
